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1、高中物理实验教学中培养学生创新能力的模式-南宁市十五规划B类课题子课题研究成果 马红业摘要：本课题研究的是在高中物理实验教学中教师如何才能创设一种环境、一种氛围，运用创造性思维的策略，激发学生的创新意识，培养学生的创新能力。课题分成三个子课题，本文是其中的一个子课题的研究报告。文章原创性地总结出了在实验教学中培养学生创新能力的三种模式：1、提出问题设计方案-选择仪器-实验探索-总结规律；2、提出问题-提出假说-实验探索-验证假说；3、提出问题-查找资料-设计方案-实施方案-展示成果。本文对同行们进行培养学生创新能力的研究和实践有一定的参考价值。关键词：高中物理 实验教学 创新能力长期以来，人们
2、对物理实验认识并未达到应有的高度。第一，是认为做实验不如讲实验，讲实验不如背实验，没有完成大纲所规定的学生实验和演示实验。第二，是实验教学模式僵化，物理实验教学的基本原则没有得到充分的体现，教学方式呆板从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间。就分组实验来说，教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，写得面面俱到。然而每次实验课教师还要花相当长的时间根据教材讲实验目的、原理，然后学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下，取几个数据，实验就算完成了，这种照方抓药式的实验，连学生基本的实验操作能力的培养都达不到要求，更谈不上培养什么创新能力。忽视对学生动手能力和创新能力的培养，造成
3、了“高分低能”苦果。这正是中国基础教育最突出的弊端之一。鉴于时代对物理教育工作者赋予的重大历史责任，鉴于高中物理实验教学的现状，作为工作在教学第一线的教师，我们确定了高中物理实验教学如何培养创新能力的研究这样一个课题，最后被批准为市级B类课题。我们希望结合教学实践，研究在物理实验教学中培养学生创新能力的问题，为创新教育的深入研究做出我们应有的贡献，为实施素质教育，培养具有创新精神和创新能力的人才尽我们的微薄之力。我们课题分成三个子课题。本文是其中的一个子课题的研究报告。我们课题组全体成员，广泛参阅了大量的创新教育的书籍，从中发现，心理学家提出了许多可供人们学习、借鉴和参考的创造性教学模式，比较
4、有影响的有：威廉斯的创造与情致的教学模式、吉尔福特的创造性思维教学模式、帕尼斯创造性问题教学模式、泰勒发展多元才能的创造性思维教学模式、陈龙安的创造性思维教学模式等。我们认为，这些教学模式虽各有特点，但从模式的本质和特点来看，不外乎以下两种教学模式：一是在教育教学活动中通过发散思维来组织和展开教学的模式；二是通过创设问题情境，按照问题解决的过程来组织和展开教学的模式。根据这个思路，我们各子课题组各自形成了实验假设和实验方案；由李明民等组成的“学生实验的创新途径”子课题组选取2004届1班、2班为实验班；3班、7班为对比班，1和3班为理科重点班，2和7班为理科普通班。由刘小松等组成的“改革演示实
5、验，发挥学生的主体作用”子课题组则先取2005届1班、3班为实验班，10班、12班为对比班，其中1班和12班为理科重点班，3班和10班为普通理科班。各子课题组分别进行了各一年的对比实验，最后总结出在实验教学中培养学生创新能力的模式。1、 提出问题设计方案-选择仪器-实验探索-总结规律这属于通过发散思维来组织教学的模式。既可以在学生分组实验中采用，也可以在演示中采用。提出问题。教师根据教学内容和教学目的、要求，从教材或生产、生活实践中提出一些富有启发性的问题，引导学生分小组通过实验来解决问题。设计方案。教师向学生提出问题后，引起学生的好奇、怀疑、困惑和矛盾，从而激发学生的探索心理，形成探究问题的
6、情境，促使学生积极思考，构思实验，提出实验方案。此过程要求各成员运用头脑风暴，尽可能提出各种方案，然后通过师生讨论，确定较可行和合理的方案。选择仪器。教师列出所能提供的主要实验仪器、设备，让学生根据实验设计方案自主选择仪器。学生可以将自己的选择跟在教师的指导下，学生设计可能的实验方案，组合实验仪器，边操作这记录现象和数据，直接掌握感材料。探讨规律，作出结论。学生根据实验事实进行讨论、争辨，揭示产生现象的原因。教师的适时点拨有利于去伪存真，把探究目标引向深入。学生通过一系列的思维活动，概括出有关的物理概念、原理和规律，并使之条理化、系统化。巩固开拓，迁移发展。面对新的问题，学生能准确运用刚学到的
7、知识解决实际问题，教师及时给予指导和评价，使刚学的新知识得以巩固提高，迁移发展。这类探索性实验教学的基本要求是：以问题为基础，依循“问题假设实验观察再假设再实验分析、综合结论”的思路贯穿始终，教师要根据教学重点设计实验，提出富有启发性的问题引导学生积极思维。做法是：将课堂搬到实验室，把演示实验与学生分组实验有机结合起来。探索性实验教学片断示例：分子力问题两块平板玻璃间的空气用水排出后，会牢牢地粘合在一起，很难把它们分开，请亲自试一试，并解释这个现象。学生探究过程推测1、两玻璃的空气被水排出后，外面的大气就把两片玻璃紧紧地压在一起了，就像“马德保半球”实验：把玻璃片A、B用水粘好，较大的一块A在
8、上，用木块架起来，B悬空，用玻璃罩罩住，而后用抽气机抽出罩内空气。现象：玻璃罩内空气抽出后，B仍与A粘在一起。结论：大气压把A、B压在一起的推测错误。推测2、是分子力把A、B粘在一起。分组实验：用弹簧秤称出一块玻璃板的重力，把玻璃吊在弹簧秤下端，并使玻璃水平地接触水面，用手向上缓慢提弹簧秤。现象：拉动玻璃的力大于玻璃的重力。结论：水对玻璃有分子引力的作用，推测2正确。上述的教学过程，是学生围绕“分子力”这个主题设计并实施的一种方案，在实施过程中，允许学生提出不同的实验路线和可能的其它推测，向学生提问或与学生讨论有关实验的问题，需要及时提供技术上的指导，学生结合实验对各种推测作进一步的探索，最终
9、获得水和玻璃之间存在着吸引力的探索知识过程。2、提出问题-提出假说-实验探索-验证假说这也这属于通过发散思维来组织教学的模式。这类探索性实验教学的基本要求是：以问题为基础，依循“问题假说实验观察再假说再实验分析、综合结论”的思路贯穿始终，教师要根据教学重点设计实验，提出富有启发性的问题引导学生积极思维，引导学生提出假说，然后用实验判断假说的正确性。主要在演示实验中采用，也可以把学生实验引进课堂，把实验变成边学边实验。提出问题。教师根据教学内容和教学目的、要求，从教材或生产、生活实践中提出一些富有启发性的问题，引导学生根据已有的知识和经验提出假说。形成假说。这是提高学生创新思维能力最重要的一环。
10、教师向学生提出问题后，引导学生提出合理的假说。只要时间许可，教师要给予学生足够的时间，让他们进行充分的讨论和争辩，让他们阐述各自的理由。为了节省时间，教师可以在新课前提前布置学生预习，让他们参考有关的资料，包括上网查找相关的信息。学生在教师创设的良好氛围中，充分发挥想象，畅所欲言，不断迸发出创新的火花。实验探索。事实胜于雄辩。假说的正确与否由实验来检验。教师列出所能提供的主要实验仪器、设备，让学生根据实验设计方案自主选择仪器。学生可以将自己的选择跟在教师的指导下，学生设计可能的实验方案，组合实验仪器，边操作这记录现象和数据，直接掌握感材料。验证假说，得出规律。这是一个探索过程的终结。对问题和假
11、说，如果被实验验证正解的，就要求学生理解和掌握相关的规律，并自觉应用规律来解析有关的现象。同时也是一个新的探索的开始。教师的适时点拨有利于去伪存真，把探究目标引向深入。学生通过一系列的思维活动，概括出有关的物理概念、原理和规律，并使之条理化、系统化。以前，课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，不利于创新能力的培养；而这种教学模式充分发挥了教师的主导作用，突出了学生的主体地位。现在教师可以不拘泥于教材和教参的安排，不拘泥于现成结论，进行一些创新设计，可以将一些演示实验改为学生开放性、探索性实验。学生在创新实践活动中，激发了他们学习和探究的兴趣，掌握了创新思维的策略，提高了创新意识和创新
12、能力。3、提出问题-查找资料-设计方案-实施方案-展示成果这属于通过问题解决的过程来组织教学的模式。主要在学生分组实验中采用。要求学生模仿科学研究的过程进行课题研究，在研究中培养和提高学生的创新能力。（1）提出问题。问题可以由学生提出，也可以由教师提出，也可以参考物理教材中的课题研究内容。（2）查找资料。要求学生尽量占有相关问题的已有研究成果，包括教参书、杂志、科普读物、音象资料、文献等。学生在占有信息资料的同时，提高了自身的能力。在此基础上，确定研究问题的价值、可行性，提出解决问题的假设和问题解决的目标。（3）设计方案。根据问题及目标的差距，制定达成目标的初步方案。（4）实施方案。根据既定的
13、方案，进行实验操作、研究，得出结论。（5）展示成果。在教师创设的平台，向其它同学展示研究成果。这类探索性实验融合物理知识、技能和方法，表现出一定的新颖性、综合性和开放性，可作为物理研究性学习的素材。学生遇到的或许是一个简单的问题，但要求通过多种途径去研究，体现思维的开放性和综合性，在实验过程中，教师应给学生更多的自主权，启发学生按科学家解决问题的方法去探究。在教学过程中，我们选择有研究价值的专题，学生通过设计实验方案，探索解决问题的途径，分步实验，局部推理，最终获得比较准确的结论。在实验探究过程中，学生面临矛盾和困惑，要求他们去收集有关的信息，创造性地加工信息、分析矛盾、解决矛盾，这对于培养学
14、生，获取新知识的能力，激发他们的创新精神，都有独到之处。探索性实验教学片断示例：研究弹簧振子的周期和小球质量的关系学生探索过程学生探索过程1、学生设计的实验方案方案：选择不同质量的有孔小球（振子）依次安在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，使小球在光滑的水平杆上作水平简谐振动，分别测量小球的质量和对应的周期。方案：选择不同质量的有孔小球，依次安在弹簧的一端，弹簧的另一端悬挂在铁架台上，使小球在竖直方向上作简谐振动，分别测小球的质量和对应的周期。方案：选择不同质量的滑块，依次安在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，使滑块在气垫导轨上作水平简谐振动，分别测量 小球的质量和对应的周期。2、操作探索学生按自己的设
15、计的实验方案，选择合适的仪器，按完善提高后的设计方案进行操作，测出各自探索设计的数据。要求学生细心观察，准确测量，如实记录，培养学生严肃的科学态度和严格的科学方法。3、探索数据处理方法学生完成实验后，对所记录的数据进行处理。方案：列表法。将测出若干组数据（小球的质量和对应的周期）列表，分析数据能得出什么结论。方案：作图法。将数据在坐标纸上描点，作拟合曲线，用相应的函数表达曲线，确定函数表达中各量的物理意义。引导探讨：如果不能得出结论，尝试作出小球的质量与周期的一次方、二次方、三次方的关系曲线。4、得出结论通过分析归纳出“弹簧振子的周期的平方和小球质量成正比的关系”这一实验结论。5、课后补正学生对实验结论进行分析、讨论、交流对实验方案作出修改，完善课题研究。同时，开放物理实验室，向操作能力强、实验效果好的学生提供进一步探索提高的机会，如换其它几个弹簧再做这个实验，进一步探讨函数式中参数的物理意义，又为课上实验效果差的学生提供补习完善的机会。 上述探索过程中，学生在学习简谐振动后，并不知道弹簧振子的周期和小球的质量的定量关系。这样极大地丰富了实验内容，使实验从单一化转化为多样化，改变了学生在实验中的地位，把他们从课本和老师的束缚下解脱出来，极大地调动了
